DE102013224552A1

DE102013224552A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Nachsetzen einer Elektrode für einen metallurgischen Ofen

Info

Publication number: DE102013224552A1
Application number: DE102013224552.1A
Authority: DE
Inventors: Detlef Strieder; Stefanie Frohn; Roland König; Ralf Nörthemann; Patrick Henke
Original assignee: SMS Siemag AG
Current assignee: SMS Group GmbH
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2015-06-03
Also published as: EP3075208A1; WO2015079024A1; EP3075208B1; CN105935002A; CN105935002B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zum Nachsetzen einer Elektrode (2) eines metallurgischen Ofens. Hierbei umfasst die Vorrichtung (1) einen oberen ersten Klemmring (4) und einen unteren zweiten Klemmring (6), wobei die Klemmringe (4, 6) durch Hubzylinder (8) miteinander verbunden sind und durch ein Betätigen der Hubzylinder (8) in ihrem Abstand zueinander um einen Ausgleichshub (a) verstellt werden können. Die Klemmringe (4, 6) können zum Halten der Elektrode (2) um diese herum verspannt werden und sind für ein Verschieben der Elektrode (2) bezüglich der Klemmringe (4, 6) von dieser lösbar. Zumindest einer der beiden Klemmringe (4, 6) ist permanent stromlos, wobei der jeweils andere der beiden Klemmringe (6, 4) zumindest eine Kontaktbacke (10) aufweist, mittels der ein konstanter Stromübergang auf die Elektrode (2) gewährleistet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Nachsetzen einer Elektrode eines metallurgischen Ofens, und ein entsprechendes Verfahren für ein solches Nachsetzen.
Bei Lichtbogenöfen unterliegen die Elektroden an ihrer Elektrodenspitze einem ständigem Verbrauch und müssen deshalb während des Betriebs des Lichtbogenofens nachgesetzt werden. Hierzu sind aus dem Stand der Technik Nachsetzvorrichtungen bekannt, z. B. aus DE 43 42 511 A1 oder EP 1 969 902 B1 . Diese Nachsetzvorrichtungen weisen zumindest einen Klemmring auf, der um die Elektrode zum Halten verspannt werden kann. Der Klemmring ist durch Hydraulikzylinder relativ zum Ofendeckel verfahrbar. Die Elektrode kann in den Ofen hinein nachgesetzt werden, wenn sie von dem Klemmring gehalten wird und dieser mittels der Hydraulikzylinder in Richtung des Ofendeckels verfahren wird.
Traditionell werden bei Elektrolichtbogenöfen Tragarme zum Halten, Führen, und Versetzen der Elektroden verwendet. In diesem Zusammenhang wird auf EP 1 484 566 A1 verwiesen, die eine Vorrichtung zum Nachsetzen einer Elektrode eines metallurgischen Ofens nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 zeigt. Hierbei ist ein unterer Klemmring in einen Elektrodentragarm integriert, wobei ein oberer Klemmring mit dem unteren Klemmring über Hydraulikzylinder verbunden ist. Durch ein Betätigen der Hydraulikzylinder kann ein Abstand der Klemmringe zueinander verstellt werden, in Verbindung mit einem Nachsetzen der Elektrode. Die Stromzufuhr an die Elektrode wird sowohl über den unteren Klemmring als auch über den oberen Klemmring gewährleistet. Hierbei wird die Stromzufuhr wechselweise zwischen den beiden Klemmringen geschaltet, wenn der jeweils andere Klemmring für ein Versetzen der Vorrichtung bezüglich der Elektrode zeitweilig nicht mit der Elektrode verspannt bzw. geöffnet ist. Dieses Hin- und Herschalten der Stromzufuhr zwischen den Elektroden ist steuerungstechnisch aufwendig. Hinzu tritt der Nachteil, dass die Klemmringe, die für die Stromübertragung an die Elektrode zumeist auch Kontaktbacken aus Kupfer enthalten, zum Aufbringen von ausreichenden Klemmkräften verschleißanfällig sind.
Entsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Nachsetzen einer Elektrode eines metallurgischen Ofens zu schaffen, wobei eine verbesserte Stromzufuhr an die Elektrode mit vereinfachten und robusten Mitteln bei gleichzeitig erhöhter Betriebssicherheit sichergestellt ist.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1, und durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der Erfindung liegt die wesentliche Erkenntnis zugrunde, dass die Stromzufuhr an die Elektrode permanent nur über einen der beiden Klemmringe erfolgt, der zu diesem Zweck eine dafür ausgelegte Kontaktbacke aufweist. Der jeweils andere der beiden Klemmringe ist dagegen permanent stromlos ausgeführt und dabei zum Aufbringen von ausreichenden Halte- bzw. Klemmkräften auf die Elektrode ausgelegt. Somit erfolgt der Stromübergang auf die Elektrode permanent nur über den Klemmring, der wie erläutert zu diesem Zweck mit zumindest einer Kontaktbacke ausgerüstet ist. Ein Hin- und Herschalten der Stromübertragung zwischen den beiden Klemmringen erfolgt bei der vorliegenden Erfindung nicht.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist zumindest einer der beiden Klemmringe mit zumindest einer Druckbacke, die durch zumindest eine Federeinrichtung permanent in Richtung der Elektrode vorgespannt ist, ausgestattet und damit selbstsichernd ausgebildet. Die Druckbacke kann durch zumindest einen Klemmringzylinder in die Gegenrichtung, d.h. gegen die Vorspannung der Federeinrichtung bewegt werden. Zweckmäßigerweise wird der Klemmringzylinder hydraulisch betätigt. Die soeben genannte Selbstsicherung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung dahingehend zu verstehen, dass die Druckbacke durch die Vorspannung der Federeinrichtung gegen die Elektrode gedrückt wird, wenn der Klemmringzylinder nicht betätigt wird. Hierdurch wird durch die Druckbacke eine ausreichend hohe Haltekraft auf die Elektrode aufgebracht, die auf das Eigengewicht der Elektrode abgestimmt ist und entsprechend ein Verrutschen der Elektrode bzw. eine Relativverschiebung der Elektrode bezüglich des Klemmrings verhindert. Bei einem Ausfall des Klemmringzylinders, z. B. bei einem Defekt in dem Hydrauliksystem, ist im Sinne einer Selbstsicherung jedenfalls gewährleistet, dass die Druckbacke in Folge der Vorspannung durch die Federeinrichtung wie erläutert die Elektrode festklemmt. Falls die Elektrode nachgesetzt werden soll, so wird der Klemmringzylinder gegen die Vorspannung der Federeinrichtung bewegt, so dass zumindest eine Relativverschiebung der Elektrode bezüglich des Klemmrings und seiner Druckbacke möglich ist. Optional ist hierbei auch möglich, den Klemmringzylinder so weit gegen die Vorspannung der Federeinrichtung zu bewegen, dass die Druckbacke von der Elektrode gelöst wird und abhebt, was ebenfalls ein Nachsetzen der Elektrode ermöglicht.
Bei der soeben genannten Weiterbildung der Erfindung hat der Klemmring mit der Druckbacke allein den Zweck, ausreichend große Haltekräfte in radialer Richtung auf die Elektrode aufzubringen. Jedoch erfüllt dieser Klemmring nicht die Funktion einer Stromübertragung, und ist deshalb auch nicht aus Kupfer oder vergleichbaren Metallen ausgebildet. Dies wirkt sich vorteilhaft auf eine erhöhte Betriebssicherheit der Vorrichtung 1 aus, in Verbindung mit einer verminderten Verschleissanfälligkeit.
In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der permanent stromlose Klemmring selbstsichernd ausgebildet ist, mit der soeben erläuterten Funktionsweise.
Optional kann vorgesehen sein, dass beide Klemmringe selbstsichernd ausgebildet sind. Die erhöht die Sicherheit der Vorrichtung bei einem möglichen Ausfall des Hydrauliksystems.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann für verschiedene Ofentypen zum Einsatz kommen, und hierbei z.B. mit einem Tragarm oder mit einer an einer Ofenbühne angebrachten Traverse verbunden sein. Hierbei ist es von Vorteil, wenn der Klemmring, der die Kontaktbacke aufweist und für die Stromübertragung an die Elektrode dient, in den Tragarm oder in die Traverse integriert ist.
Für die Platzverhältnisse oberhalb des Ofens ist es von Vorteil, wenn der obere erste Klemmring permanent stromlos ist, wobei der untere zweite Klemmring die Kontaktbacke für eine Stromübertragung auf die Elektrode aufweist und zweckmäßigerweise in den Tragarm bzw. in die Traverse integriert ist.
Durch eine Integration der erfindungsgemäßen Nachsetzvorrichtung, bei der die beiden Klemmringe durch Hubzylinder miteinander verbunden und relativ zueinander in ihrem Abstand verstellbar sind, in einen bekannten Elektrodentragarm wird somit eine kompakte und platzsparende Elektrodentragarmlösung gefunden, die die Möglichkeit einer automatisierten Elektrodennachsetzung bietet. Hierbei kann die Nachsetzvorrichtung unmittelbar oberhalb der Elektrodenfassung bzw. Halterung am Tragarm platziert sein. Hierdurch kann die Position, an der die Elektrode geklemmt und somit gehalten wird, ohne einen manuellen Eingriff verändert werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, herkömmliche Elektrodentragarme mit limitiertem Aufwand mit der erfindungsgemäßen Nachsetzvorrichtung nachzurüsten.
Elektroden, die bei Lichtbogenöfen verwendet werden, können aus aneinander angrenzenden Elektrodenteilen zusammengesetzt sein. Die Verbindungsstelle zwischen den Elektrodenteilen stellt dabei einen sensiblen Längenabschnitt der Elektrode dar. In dieser Hinsicht besteht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass die Steuereinrichtung zum Ansteuern der Hubzylinder und der beiden Klemmringe programm- bzw. steuerungstechnisch derart eingerichtet ist, dass der Ausgleichshub für die Hubzylinder zum Verfahren des ersten Klemmrings relativ zum zweiten Klemmring variabel und automatisiert eingestellt werden kann, so dass ein erneutes Verspannen des ersten oder zweiten Klemmrings um die Elektrode nach Erreichen des Ausgleichshubs ausschließlich angrenzend an den sensiblen Längenabschnitt der Elektrode erfolgt, jedoch in keinem Fall innerhalb dieses Längenabschnitts.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von schematisch vereinfachten Zeichnungen im Detail beschrieben.
Es zeigen:
1 eine vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 eine Längsschnittansicht der Vorrichtung entlang der Linie A-A von 1,
2a eine Längsschnittansicht der Vorrichtung entlang der Linie A-A von 1 nach einer alternativen Ausführungsform,
3 eine vereinfachte Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einer weiteren Ausführungsform,
4 eine vereinfachte Darstellung eines Teilbereichs einer Elektrode für einen Lichtbogenofen, in Wechselwirkung mit einem Klemmring der erfindungsgemäßen Nachsetzvorrichtung,
5 eine vereinfachte Seitenansicht eines Klemmrings der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
6, 7 Seitenansichten eines Teilbereichs einer Elektrode zur Verwendung mit der Erfindung während bzw. nach einem Montagevorgang zum Verbinden von zwei Elektrodenteilen, und
8, 9 Seitenansichten eines Teilbereichs einer Elektrode zur Verwendung mit der Erfindung nach einer weiteren Ausführungsform während bzw. nach dem Montagevorgang zum Verbinden von zwei aneinander Elektrodenteilen.
In 1 ist eine erfindungsgemäße Nachsetzvorrichtung 1 vereinfacht in einer Seitenansicht dargestellt, mit der eine Elektrode 2 für einen (nicht gezeigten) Lichtbogenofen relativ zum Ofen verstellt bzw. in den Ofen hinein nachgesetzt werden kann. Die Vorrichtung 1 umfasst einen oberen ersten Klemmring 4 und einen unteren zweiten Klemmring 6. Die Klemmringe 4, 6 sind durch Hubzylinder 8 miteinander verbunden und können durch eine Betätigung dieser Hubzylinder 8 in ihrem Abstand zueinander verstellt werden, nämlich um einen Ausgleichshub a. Die Hubzylinder 8 sind als Hydraulikzylinder ausgebildet und entsprechend an ein (nicht gezeigtes) Hydrauliksystem angeschlossen.
Der Ausgleichshub a ist in der 1 mit einer maximalen Größe dargestellt. Entsprechend kann der Ausgleichshub a bzw. ein Abstand zwischen den beiden Klemmringen 4, 6 auch kleiner als in 1 gezeigt eingestellt sein. Einzelheiten bezüglich einer Veränderung des Abstands zwischen den beiden Klemmringen 4, 6 sind nachstehend noch im Detail erläutert.
Der untere zweiter Klemmring 6 ist mit einem Tragarm 9 verbunden, und vorzugsweise in den Tragarm 9 integriert. Der Tragarm 9 kann entsprechend des Verbrauchs der Elektrode in vertikaler Richtung tiefer positioniert werden (in 1 nach unten), in der Regel hydraulisch. Der Tragarm 9 stellt ein an sich bekanntes Bauteil dar und ist deshalb nicht weiter im Detail erläutert.
Der untere zweite Klemmring 6 dient dazu, Strom auf die Elektrode 2 zu übertragen. Hierzu weist der zweite Klemmring 6 zumindest eine Kontaktbacke 10 auf, die in Kontakt mit der Elektrode 2 ist. Die Stromzufuhr an den zweiten Klemmring 6 und somit an die Elektrode 2 erfolgt über eine Stromzufuhrleitung 12, die an den zweiten Klemmring 6 angeschlossen ist.
Der obere erste Klemmring 4 ist permanent stromlos ausgebildet und dient zum Halten bzw. Klemmen der Elektrode 2. Hierzu ist der erste Klemmring 4 mit zumindest einer Druckbacke 14 ausgestattet, ausweislich der Schnittansicht gemäß 2. Die Druckbacke 14 wird von einer Federeinrichtung 16, vorzugsweise in Form eines Federpaketes, radial in Richtung der Elektrode 2 vorgespannt, so dass dadurch eine ausreichende Halte- bzw. Klemmkraft auf die Elektrode 2 aufgebracht wird. Die Haltekraft für die Elektrode 2 wird somit durch das Federpaket 16 generiert. Zusätzlich weist der erste Klemmring 4 zumindest einen Klemmringzylinder 18 auf, der vorzugsweise als Hydraulikzylinder ausgeführt ist. Der Klemmringzylinder 18 hat hierbei die Funktion, die Druckbacke 14 gegen die Vorspannung des Federpaketes 16 zu bewegen bzw. zu öffnen, um dadurch die Klemmkraft, die an der Elektrode 2 anliegt, für ein Verschieben der Elektrode 2 relativ zum ersten Klemmring 4 geeignet zu vermindern oder aufzuheben.
Eine Betätigung des Klemmringzylinders 18 kann hierbei in der Weise erfolgen, dass entweder ein Verschieben der Elektrode 2 relativ zur Druckbacke 14 möglich ist, oder dass die Druckbacke 14 vollständig von der Elektrode 2 abhebt und dabei nicht weiter in Kontakt mit der Elektrode 2 ist.
Gemäß der Darstellung von 2 weist der erste Klemmring 4 insgesamt drei Klemmringzylinder 18 auf. Alternativ hierzu ist es auch möglich, dass für den Klemmring z. B. vier Klemmringzylinder 18 vorgesehen sind, wie beispielsweise in 2a dargestellt. Abweichend hiervon kann die Anzahl von Klemmringzylindern 18 auch kleiner als drei oder mehr als vier betragen.
Es darf darauf hingewiesen werden, dass die Schnittdarstellungen gemäß 2 und 2a stark vereinfacht und insbesondere ohne Maßstab zu verstehen sind.
Der untere zweite Klemmring 6 kann ebenfalls mit einer Druckbacke zum Halten der Elektrode ausgerüstet sein kann, in Verbindung mit zumindest einem Klemmringzylinder, der wie erläutert mit der Druckbacke zusammenwirkt. Zum Zwecke der Vereinfachung sind in der Darstellung von 1 die Druckbacke und der Klemmringzylinder für den unteren zweiten Klemmring 6 nicht gezeigt.
Die Vorrichtung 1 umfasst eine Steuereinrichtung 20, mittels der die beiden Klemmringe 4, 6 als auch die Hubzylinder 8 angesteuert werden können.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform der Vorrichtung 1. Im Vergleich zu 1 sind hierbei gleiche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei der Ausführungsform von 3 ist der untere zweite Klemmring 6 in eine Traverse 22 integriert, die über hydraulisch betätigte Regulierzylinder 24 hängend an einer Ofenbühne 26 angebracht ist. Entsprechend kann der zweite Klemmring 6 und damit die gesamte Vorrichtung 1 durch eine Betätigung der Regulierzylinder 24 in vertikaler Richtung bewegt werden, in Richtung zu einem (nicht gezeigten) Ofendeckel oder weg davon.
Die Druckbacken 14 des ersten und zweiten Klemmrings 4, 6 sind in der Darstellung von 3 stark vereinfacht angedeutet. Die Klemmringzylinder 18 als auch die Kontaktbacke 10, die für den unteren zweiten Klemmring 6 vorgesehen ist, sind in der 3 zum Zwecke der Vereinfachung nicht gezeigt.
Bezüglich der in 3 gezeigten Ausführungsform versteht sich, dass alternativ der Elektrodenstrang auch in stehender Bauart ausgeführt sein kann, bei der die Regulierzylinder 24 nach unten an einem geeigneten Gerüst oder dergleichen abgestützt sind.
Beim Betrieb eines Lichtbogenofens wird ein Abbrennen der Elektrode 2 dadurch kompensiert, dass sie in Richtung des Ofendeckels nachgestellt wird. Dies kann bei der Ausführungsform gemäß 1 durch ein vertikales Absenken des Tragarms 9, und bei der Ausführungsform gemäß 3 durch ein Ausfahren der Regulierzylinder 24 erfolgen, wobei die Elektrode 2 dabei zumindest durch den oberen ersten Klemmring 4, und optional auch von dem zweiten unteren Klemmring 6, sofern dieser mit Druckbacken 14 versehen ist, gehalten wird. Ein solches Nachstellen der Elektrode 2 durch eine vertikale Bewegung des Tragarms 9 bzw. durch ein Betätigen der Regulierzylinder 24 ist an sich bekannt und deshalb nicht weiter erläutert.
Die Erfindung funktioniert im Hinblick auf ein Nachsetzen der Elektrode 2 wie folgt:
Zu Beginn eines Nachsetzvorgangs wird angenommen, dass die beiden Klemmringe 4, 6 einen nur geringen Abstand zueinander aufweisen, wobei der Ausgleichshub a im Wesentlichen null beträgt. Die Klemmringzylinder 18 sind jeweils vollständig entlastet, wodurch die Druckbacken 14 mit der vollen Vorspannung der jeweiligen Federpakete 16 gegen die Elektrode 2 gedrückt werden, um diese zu halten. Nun werden die Klemmringzylinder 18 des oberen ersten Klemmrings 4 betätigt, so dass die Druckbacken 14 des oberen ersten Klemmrings 4 entweder mit nur verminderter Klemmkraft gegen die Elektrode 2 drücken oder von der Elektrode 2 abheben. Anschließend werden die Hydraulikzylinder 8 betätigt und ausgefahren, so dass der obere erste Klemmring 4 vom unteren zweiten Klemmring 6 beabstandet wird, nämlich so weit, bis z.B. der maximale Ausgleichshub a (vgl. 1) erreicht ist. Hiernach werden die Klemmringzylinder 18 des ersten Klemmrings 4 wieder entlastet, wodurch die Druckbacken 14 des ersten Klemmrings 4 geschlossen werden und die Elektrode 2 festklemmen. Nun werden die Klemmringzylinder 18 des unteren zweiten Klemmrings 6 betätigt, so dass eine Relativbewegung der Elektrode 2 bezüglich des unteren zweiten Klemmrings 6 möglich ist. Sodann werden die Hubzylinder 8 wieder entlastet, wodurch der obere erste Klemmring 4 zusammen mit der Elektrode 2 nach unten, in Richtung des unteren zweiten Klemmrings 6 und somit in Richtung des Ofens, verfahren wird. Sobald der Ausgleichshub a im Wesentlichen ausgeglichen ist und der obere erste Klemmring 4 wieder angrenzend an den unteren zweiten Klemmring 6 positioniert ist, werden die Klemmringzylinder 18 des unteren zweiten Klemmrings 6 entlastet und dadurch dessen Druckbacken 10 wieder geschlossen. Hiernach sind sowohl der obere erste Klemmring 4 als auch der untere zweite Klemmring 6 geschlossen und dadurch der Nachsetzvorgang beendet.
Es darf darauf hingewiesen werden, dass während des vorstehend erläuterten Nachsetzvorgangs der Elektrode 2 eine permanente Stromzufuhr an die Elektrode 2 über die Kontaktbacke 10 des zweiten Klemmrings 6 erfolgt.
Die vorstehend erläuterte Ausgestaltung zumindest des oberen ersten Klemmrings 4 mit Druckbacke 14 und Klemmringzylindern 18 ist im Sinne einer Selbstsicherung zu verstehen, die nachstehend auch als „Failsafe-Design“ bezeichnet ist. Dies bedeutet, dass bei einem Ausfall oder Defekt des Hydrauliksystems garantiert ist, dass die Elektrode 2 durch die Druckbacke(n) 14 in Folge der Vorspannung des Federpaketes 16 automatisch gehalten wird und nicht rutscht. Wie bereits erläutert, kann auch der untere zweite Klemmring 6 nach diesem „Failsafe-Design“ ausgebildet sein.
Die Elektrode 2 kann aus verschiedenen Elektrodenteilen zusammengesetzt sein, die an ihrer jeweiligen Stirnseite miteinander verbunden sind. Bei einem Verbinden von solchen Elektrodenteilen kann problematisch sein, dass sich an einer Verbindungsstelle zwischen aneinander angrenzenden Elektrodenteilen ein axialer Versatz bildet.
In 4 ist schematisch stark vereinfacht eine Elektrode 2 mit einem axialen Versatz an einer Verbindungsstelle zwischen aneinander angrenzenden Elektrodenteilen dargestellt. Falls einer der Klemmringe 4, 6 die Elektrode 2 zum Halten bzw. Festklemmen im Bereich der Verbindungsstelle zwischen den Elektrodenteilen mit einer Kraft F radial verspannt, wird diese Verbindungsstelle nachteiligen Scherbelastungen unterworfen. Dies kann insbesondere bei langen oder schweren Elektroden zu einer unmittelbaren oder aber zeitversetzten Schädigung führen, oder gar einen Bruch der Elektrode herbeiführen. Ein möglicher Elektrodenbruch führt zu einer Betriebsstörung und nachteiliger Betriebsunterbrechung mit entsprechenden Kosten.
Zur Vermeidung des soeben genannten Nachteils einer unzulässigen Scherbelastung der Elektrode 2 kann die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 an dem ersten Klemmring 4 und/oder an dem zweiten Klemmring 6 zumindest eine Sensoreinrichtung 28 aufweisen. Eine solche Sensoreinrichtung 28 hat den Zweck, eine an der Elektrode 2 vorgesehene Markierung für einen sensiblen Längenabschnitt der Elektrode 2 zu detektieren, so dass die Klemmringe bzw. deren Druckbacken 14 die Elektrode 2 nicht in diesem sensiblen Längenabschnitt klemmen. Bei Durchführung eines Nachsetzvorgangs werden dabei die Hubzylinder 8 durch die Steuereinrichtung 20 in Abhängigkeit von Signalen der Sensoreinrichtung 28 entsprechend angesteuert bzw. geregelt. Details bezüglich der Sensoreinrichtung 28 und der Markierungen an der Elektrode 2 sind nachstehend wie folgt erläutert:
Zumindest an dem ersten oberen Klemmring 4 kann eine Sensoreinrichtung 28 vorgesehen sein, was in der Seitenansicht von 5 im Detail stark vereinfacht dargestellt ist. An einem oberen Rand des ersten Klemmrings 4 können drei Sensoreinrichtungen 28 durch geeignete Halterungen angebracht sein. Bei der 5 handelt es sich um eine abgewickelte Darstellung, wobei die drei Sensoreinrichtungen 28 in gleichmäßigem Abstand zueinander an dem ringförmigen erste Klemmring 4 angebracht sind. Die Sensoreinrichtungen 28 sind an dem ersten Klemmring 4 derart angebracht, dass sie gemeinsam in einer virtuellen horizontalen Ebene E liegen. In Zusammenschau mit der Darstellung von 1 bzw. 3 wird darauf hingewiesen, dass diese Ebene E quer bzw. senkrecht zur Längsachse der Elektrode 2 ist. Es können auch mehr oder weniger als drei Sensoreinrichtungen 28 an dem ersten Klemmring 4 angebracht sein, letzterenfalls vorzugsweise in gleichmäßigem Abstand zueinander.
Alternativ zur Darstellung gemäß 5 können die Sensoreinrichtungen 28 auch im Bereich einer Innenumfangsfläche des Klemmrings 4 angeordnet sein.
In den 1 und 3 ist eine Sensoreinrichtung 28 an dem oberen ersten Klemmring 4 jeweils stark vereinfacht und symbolisch nur in Form eines Rechtecks dargestellt. Die Sensoreinrichtung 28 ist mit der Steuereinrichtung 20 verbunden, mit der auch die hydraulischen Komponenten der Vorrichtung 1 angesteuert werden können. Die Sensoreinrichtung 28 hat den Zweck, dass damit Markierungen detektiert werden, die an der Elektrode 2 vorgesehen sind. In den Darstellungen der 6 bis 9 sind diese Markierungen 30 vereinfacht dargestellt und nachstehend erläutert.
Die Elektrode 2 besteht in ihrer Längsrichtung aus einer Mehrzahl von Elektrodenteilen, die an ihren jeweiligen Stirnseiten miteinander verbunden sind. In der 6 sind zwei solcher Elektrodenteile 2a, 2b dargestellt, bevor sie mittels einer Verschraubung 32 miteinander verbunden werden. Angrenzend zu ihren Stirnseiten sind die Elektrodenteile 2a, 2b jeweils mit einer Markierung 30 versehen, die quer zur Längsseite der Elektrode 2 verläuft und z.B. aus einem lumineszierenden Farbband oder dergleichen bestehen kann. In 7 sind die Elektrodenteile 2a, 2b in ihrem zusammengefügten Zustand gezeigt. Die beiden Markierungen 30 definieren bzw. kennzeichnen in Längsrichtung der Elektrode 2 einen sensiblen Längenabschnitt 2l, dessen axiale Länge durch die geschraubte Verbindungsstelle zwischen den beiden Elektrodenteilen 2a, 2b definiert ist.
In den 8 und 9 ist eine alternative Ausgestaltung der Markierungen 30 an der Elektrode 2 vereinfacht gezeigt. Die 8 und 9 zeigen in gleicher Weise wie die 6 und 7 zwei aneinander grenzende Elektrodenteile 2a, 2b vor und nach einem Verbinden an ihren gegenüberliegenden Stirnseiten. Bei der Ausführungsform gemäß der 8 und 9 sind die Markierungen 30 an den Elektrodenteilen 2a, 2b jeweils durch eine Ringnut 30r ausgebildet, die quer zur Längsachse der Elektrode 2 verläuft. Die Position einer solchen Ringnut 30r kann zum Beispiel durch eine Sensoreinrichtung in Form eines Lichtsensors detektiert werden, der Strahlung in Richtung der Elektrode 2 aussendet. Anders ausgedrückt, ist hierbei zumindest an dem oberen ersten Klemmring 4 zumindest ein Lichtsensor angebracht, der Strahlung in Richtung der Elektrode 2 aussendet. Hierbei kann der Lichtsensor die Strahlung auf einen Randbereich der Elektrode 2 ausrichten, so dass die Strahlung durch die Ringnut 30r hindurchtritt, wenn die Ringnut 30r sich in Höhe des Lichtsensors befindet. Für diesen Fall wird dann detektiert, dass der obere Klemmring 4 sich innerhalb des Bereichs des sensiblen Längenabschnitts 2l der Elektrode 2 befindet. Andernfalls, d. h. wenn die Ringnut 30r nicht angrenzend an den Lichtsensor positioniert ist, wird die Strahlung durch die Wandung der Elektrode 2 unterbrochen, was gleichbedeutend damit ist, dass sich der Lichtsensor und damit auch der erste Klemmring 4 an einem unkritischen Abschnitt der Elektrode 2 befinden. Die Ausgestaltung der Markierung 30 in Form der genannten Ringnut 30r hat den Vorteil einer preiswerten Herstellbarkeit und einer Unempfindlichkeit gegen Verschmutzung.
Für die Markierungen 30 an der Elektrode 2 versteht sich, dass die Ausgestaltung in Form eines lumineszierenden Farbbandes (vgl. 6, 7) auch mit der Ausgestaltung in Form der Ringnut (vgl. 8, 9) kombiniert werden kann. Ergänzend und/oder alternativ kann die Markierung 30 auch magnetische Eigenschaften aufweisen, die von einer entsprechend angepassten Sensoreinrichtung 28 detektiert werden können.
Für den Fall, dass der untere zweite Klemmring 6 auch mit einer Druckbacke 14 ausgestattet ist, kann der zweite Klemmring 6 ebenfalls mit einer Sensoreinrichtung 28 versehen sein, die mit der Steuereinrichtung 20 signaltechnisch verbunden ist und mit der eine Markierung 30 an der Elektrode 2 und damit ein sensibler Längenabschnitt 2l der Elektrode 2 detektiert werden kann. In den 1 und 3 ist dies vereinfacht durch ein Rechteck mit dem Bezugszeichen „28“ oberhalb des zweiten Klemmrings 6 symbolisiert. Hierdurch ist sichergestellt, dass der zweite Klemmring 6 nach dieser Ausführungsform die Elektrode 2 nicht in einem Bereich ihres sensiblen Längenabschnitts 2l klemmt. Die Anbringung von zumindest einer Sensoreinrichtung 28 an dem zweiten Klemmring 6 kann in gleicher Weise erfolgen wie an dem ersten Klemmring 4, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehende Erläuterung verwiesen wird.
Die Steuereinrichtung 20 ist in der Zeichnung symbolisch durch ein Rechteck und insoweit nur stark vereinfacht dargestellt. Die einzelnen Datenverbindungen zwischen der Steuereinrichtung 20 und den jeweiligen Sensoreinrichtungen 28 bzw. hydraulischen Aggregaten 8, 18, 24, die von der Steuereinrichtung 20 ausgelesen bzw. angesteuert werden können, sind in der Zeichnung mit gestrichelten Linien 21 angedeutet. Diese Datenverbindungen 21 können beispielsweise durch Kabelstrecken oder durch Funkstrecken realisiert sein.
Um einer Schädigung der Elektrode 2 vorzubeugen, versteht sich, dass ein Klemmen bzw. Halten der Elektrode 2 an ihren Verbindungsstellen bzw. in einem jeweiligen sensiblen Längenabschnitt 2l durch die Klemmringe 4, 6 zu vermeiden ist. Nachstehend ist erläutert, wie dies beim Nachsetzen der Elektrode 2 realisiert wird.
Nachdem der erste Klemmring 4 von der Elektrode 2 gelöst worden ist bzw. die Klemmkraft der Druckbacke 14 des ersten Klemmrings 4 bezüglich der Elektrode 2 vermindert worden ist, wird der Abstand des ersten Klemmrings 4 zum zweiten Klemmring 6 durch ein Ausfahren der Hubzylinder 8 vergrößert. Hierbei wird nun vor einem erneuten Klemmen der Elektrode 2 mittels der Druckbacke 14 des ersten Klemmrings 4 durch eine Auswertung der Signale der Sensoreinrichtungen 28 überprüft, ob der erste Klemmring 4 ggf. im Bereich eines sensiblen Längenabschnitts 2l der Elektrode 2 positioniert ist. Ein erneutes Klemmen bzw. Halten der Elektrode 2 durch den ersten Klemmring 4 wird ausschließlich für den Fall eingeleitet, dass der erste Klemmring 4 nach einem Ausfahren der Hubzylinder 8 nicht in dem Bereich eines sensiblen Längenabschnitts 2l der Elektrode 2 positioniert ist.
Falls nach einem Ausfahren der Hubzylinder 8 durch eine Auswertung der Signale der Sensoreinrichtungen 28 detektiert wird, dass der erste Klemmring 4 sich im Bereich eines sensiblen Längenabschnitts 2l der Elektrode 2 befinden sollte, so werden die Hubzylinder 8 – falls möglich – entweder noch weiter ausgefahren, oder umgekehrt wieder etwas eingefahren. Jedenfalls werden die Hubzylinder 8 so weit betätigt bzw. ausgefahren, dass der erste Klemmring 4 sich nicht im Bereich des sensiblen Längenabschnitts 2l der Elektrode 2 befindet. Erst hiernach wird die Elektrode 2 durch ein Anstellen der Druckbacke 14 erneut festgeklemmt.
Die vorstehend erläuterte Funktionsweise für ein Betätigen des ersten Klemmrings 4, um ein Klemmen der Elektrode 2 in einem sensiblen Längenabschnitts 2l zu vermeiden, gilt in gleicher Weise auch für ein Betätigen des zweiten Klemmrings 6, sofern dieser mit einer Druckbacke zum Halten der Elektrode 2 ausgerüstet ist.
Wie vorstehend erläutert, wird der sensible Längenabschnitt 2l der Elektrode 2 mit Hilfe der daran vorgesehenen Markierungen 30, 30r durch die zumindest eine Sensoreinrichtung 28 detektiert, um ein Klemmen der Elektrode 2 in diesem Bereich durch einen Klemmring zu verhindern. Der sensible Längenabschnitt 2l der Elektrode bzw. die stirnseitigen Abschnitte der jeweiligen Elektrodenteile werden auch als Annippelbereich bezeichnet, der somit vor einem Klemmen durch einen Klemmring und einer daraus resultierenden möglichen Schädigung wirkungsvoll geschützt ist.
Die Erfindung eignet sich für verschiedene Formen von Elektroden, die bei Lichtbogenöfen bzw. Elektroreduktionsöfen zum Einsatz kommen. Beispielhafte Elektrodentypen sind vorgebackene ("pre-baked") Elektroden (z. B. Graphit- oder Kohleelektroden) oder selbstbackende (Söderberg-)Elektroden.
Mit der Erfindung ist außerdem ein sogenanntes "backslippen" möglich, bei dem die Elektrode 2 Stück für Stück aus dem Lichtbogenofen herausgezogen wird. Auch hierbei ist durch die Ansteuerung der Hubzylinder 8 mittels der Steuereinrichtung 20 in Abhängigkeit der Signale der Sensoreinrichtungen 28 sichergestellt, dass die Elektrode 2 von den Klemmringen 4, 6 nicht im Bereich ihrer sensiblen Längenabschnitte 2l geklemmt wird.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Elektrode
2l: sensibler Längenabschnitt
4: oberer erster Klemmring
6: unterer zweiter Klemmring
8: Hubzylinder
9: Tragarm
10: Kontaktbacke
12: Stromzufuhreinrichtung
14: Druckbacke
16: Federeinrichtung / Federpaket
18: Klemmringzylinder
20: Steuereinrichtung
21: Datenverbindungen
22: Traverse
24: Regulierzylinder
26: Ofenbühne
28: Sensoreinrichtung
30: Markierung (der Elektrode)
30r: Ringnut
32: Verschraubung
a: Ausgleichshub

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4342511 A1 [0002]
EP 1969902 B1 [0002]
EP 1484566 A1 [0003]

Claims

Vorrichtung (1) zum Nachsetzen einer Elektrode (2) eines metallurgischen Ofens, umfassend einen oberen ersten Klemmring (4) und einen unteren zweiten Klemmring (6), wobei die Klemmringe (4, 6) durch Hubzylinder (8) miteinander verbunden und durch ein Betätigen der Hubzylinder (8) in ihrem Abstand zueinander um einen Ausgleichshub (a) verstellbar sind, wobei die Klemmringe (4, 6) zum Halten der Elektrode (2) um diese herum verspannbar und für eine Relativbewegung der Elektrode (2) bezüglich der Klemmringe (4, 6) von dieser lösbar sind, und eine Steuereinrichtung (20) zum Ansteuern der Hubzylinder (8) und der Klemmringe (4, 6), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Klemmringe (4, 6) permanent stromlos ist, wobei der jeweils andere der beiden Klemmringe (6, 4) zumindest eine Kontaktbacke (10) aufweist, mittels der ein konstanter Stromübergang auf die Elektrode (2) gewährleistet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Klemmringe (4, 6) eine Druckbacke (14), die durch zumindest eine Federeinrichtung (16) permanent gegen die Elektrode (2) vorgespannt ist, aufweist und damit selbstsichernd ausgebildet ist, wobei die Druckbacke (14) durch zumindest einen Klemmringzylinder (18) gegen die Vorspannung der Federeinrichtung (16) bewegbar ist, vorzugsweise, dass die Druckbacke (14) durch die Betätigung des Klemmringzylinders (18) von der Elektrode (2) lösbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (16) als Federpaket ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Klemmringzylinder (18), vorzugsweise vier Klemmringzylinder (18) vorgesehen sind, mit denen die Druckbacke (14) gegen die Vorspannung der Federeinrichtung (16) bewegbar ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der permanent stromlose Klemmring (4, 6) selbstsichernd ausgebildet ist und somit die Druckbacke (14) und den Klemmringzylinder (18) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmring (4, 6), der die Kontaktbacke (10) aufweist, mit einem Tragarm (9) oder mit einer Traverse (22) verbunden ist, wobei der Tragarm (9) bzw. die Traverse (22) vertikal bezüglich des Ofens verfahrbar ist, vorzugsweise, dass dieser Klemmring (4, 6) in den Tragarm (9) oder in die Traverse (22) integriert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der obere erste Klemmring (4) permanent stromlos ist, wobei der untere zweite Klemmring (6) die Kontaktbacke (10) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinrichtung (20) programmtechnisch derart eingerichtet ist, dass der Ausgleichshub (a) für die Hubzylinder (8) zum Verfahren der Klemmringe (4, 6) relativ zueinander variabel und automatisiert einstellbar ist, so dass ein erneutes Verspannen des ersten oder zweiten Klemmrings (4, 6) um die Elektrode (2) nach Erreichen des Ausgleichshubs (a) ausschließlich angrenzend an einen sensiblen Längenabschnitt (2l) der Elektrode (2) und nicht innerhalb dieses Längenabschnitts (2l) erfolgt.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der erste Klemmring (4) oder der zweite Klemmring (6) zumindest eine Sensoreinrichtung (28) aufweist, mit der an der Elektrode (2) vorgesehene Markierungen (30) für einen sensiblen Längenabschnitt (2l) der Elektrode (2) detektierbar sind, wobei die Hubzylinder (8) durch die Steuereinrichtung (20) zum Ausführen des Ausgleichshubs (a) in Abhängigkeit von Signalen der Sensoreinrichtung (20) regelbar sind.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubzylinder (8) zum Verfahren des ersten oder zweiten Klemmrings (4, 6) um den Ausgleichshub (a) durch die Ansteuerung mittels der Steuereinrichtung (20) nur unter der Bedingung betätigbar sind, dass die Hubzylinder (8) über eine vorbestimmte Hubreserve verfügen, die größer als eine axiale Länge des sensiblen Längenabschnitts (2l) der Elektrode (2) ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinrichtung (28) dazu geeignet ist, eine Markierung (30) an der Elektrode (2) zu detektieren, die optisch und/oder magnetisch ausgebildet ist und/oder die Form einer Ringnut (30r) aufweist.
Verfahren zum Nachsetzen einer Elektrode (2) eines metallurgischen Ofens, unter Verwendung einer Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass Strom an die Elektrode (2) nur über einen der beiden Klemmringe (4, 6) zugeführt wird und der andere der beiden Klemmringe (6, 4) permanent stromlos ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der beiden Klemmringe (4, 6) eine Druckbacke (14) aufweist, die mittels zumindest einer Federeinrichtung (16) zum Halten der Elektrode (2) permanent gegen die Elektrode (2) vorgespannt wird, wobei die Druckbacke (14) durch zumindest einen Klemmringzylinder (18) gegen die Vorspannung der Federeinrichtung (16) bewegt wird, um eine Relativbewegung der Elektrode (2) bezüglich des Klemmrings (4, 6) zu ermöglichen, vorzugsweise, dass die Druckbacke (14) in Folge der Betätigung des Klemmringzylinders (18) von der Elektrode abhebt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein sensibler Längenabschnitt (2l) der Elektrode (2) mit Markierungen (30) versehen ist, die von einer zumindest an dem ersten oder zweiten Klemmring (4, 6) angebrachten Sensoreinrichtung (28) detektiert werden, wobei die Hubzylinder (8) zum Verfahren der Klemmringe (4, 6) relativ zueinander in Abhängigkeit der Signale der Sensoreinrichtung (28) geregelt werden.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubzylinder (8) zum Verfahren des ersten Klemmrings (4) relativ zum zweiten Klemmring (6) in Abhängigkeit des sensiblen Längenabschnitts (2l) der Elektrode (2) derart geregelt werden, dass ein erneutes Verspannen des ersten oder zweiten Klemmrings (4, 6) um die Elektrode (2) nach Erreichen des Ausgleichshubs (a) ausschließlich angrenzend an den sensiblen Längenabschnitt (2l) der Elektrode (2) und nicht innerhalb dieses Längenabschnitts (2l) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubzylinder (8) zum Verfahren des ersten Klemmrings (4) relativ zum zweiten Klemmring (6) nur unter der Bedingung betätigt werden, dass sie über eine vorbestimmte Hubreserve (a) verfügen, die größer als eine axiale Länge des sensiblen Längenabschnitts (2l) der Elektrode (2) ist.